VirtualAlloc和HeapAlloc有什么不同？

Question

Windows环境下的内存分配方法有很多，如VirtualAlloc、HeapAlloc、malloc、new等。

那么，它们之间有什么区别呢？

Answer 1

每个API都有不同的用途。当你使用完内存时，每一个都要求你使用正确的释放/释放函数。

VirtualAlloc

这是一个低级的Windows API，它提供了很多选项，但主要适用于特定情况下的用户。只能在(编辑:非4KB)较大的区块中分配内存。有些情况下你需要它，但当你处于其中一种情况时，你就会知道。最常见的一种情况是，您必须直接与另一个进程共享内存。不要将其用于通用内存分配。使用VirtualFree解除分配。

HeapAlloc

分配您请求的任何大小的内存，而不是以比VirtualAlloc更大的块。HeapAlloc知道何时需要调用VirtualAlloc，并自动为您执行此操作。与malloc类似，但仅适用于Windows，并提供了更多选项。适用于分配一般的内存块。一些Windows可能要求您使用它来分配传递给它们的内存，或者使用它的配套HeapFree来释放它们返回给您的内存。

malloc

分配内存的C方法。如果你用C而不是C++编写代码，并且你希望你的代码也能在Unix计算机上运行，或者有人特别告诉你需要使用它，那么你最好使用它。不会初始化内存。适用于分配一般的内存块，如HeapAlloc。一个简单的API。使用free解除分配。Visual C++的malloc调用HeapAlloc。

新的

分配内存的C++方式。如果你是用C++写的，最好是这样。它也会将一个或多个对象放入分配的内存中。使用delete解除分配(或使用delete[]释放数组)。Visual studio的new调用HeapAlloc，然后可能会初始化对象，这取决于您调用它的方式。

在最新的C++标准(C++11及更高版本)中，如果您必须手动使用delete，那么您这样做是错误的，应该使用像unique_ptr这样的智能指针。从C++14开始，new也是如此(被make_unique()等函数取代)。

还有其他几个类似的函数，比如SysAllocString，你可能会被告知在特定情况下必须使用。

Answer 2

如果您计划使用需要内存管理的语言(如C或C++)，那么理解内存分配API之间的区别(在Windows中)是非常重要的。而最好的解释方式是用图表来说明：

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请注意，这是一个非常简化的、特定于Windows的视图。

理解这个图的方法是，内存分配方法在图中的位置越高，它使用的实现级别就越高。但让我们从底部开始。

内核模式内存管理器

它为操作系统提供了所有的内存保留和分配，以及对内存映射文件、共享内存、写入时复制操作等的支持。它不能直接从用户模式代码访问，因此我将跳过这里。

VirtualAlloc / VirtualFree

这些是user mode提供的最低级别的API。VirtualAlloc函数主要调用ZwAllocateVirtualMemory，后者会快速到ring0，以便将进一步的处理交给内核内存管理器。这也是在用户模式下从所有可用内存中保留/分配新内存块的最快方法。

但它有两个主要条件：

• 它只分配在系统粒度边界上对齐的内存块。
• 它只分配大小是系统内存大小倍数的内存块

那么这个系统粒度是多少呢？您可以通过调用GetSystemInfo来获取它。它作为dwAllocationGranularity参数返回。它的值是特定于实现(也可能是硬件)的，但在许多64位Windows系统上，它被设置为0x10000字节或64K。

所有这些都意味着，如果您尝试使用VirtualAlloc分配一个8字节的内存块

void* pAddress = VirtualAlloc(NULL, 8, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE);

如果成功，pAddress将在0x10000字节边界上对齐。即使您只请求了8个字节，您将获得的实际内存块将是整个page (或类似于4K字节)。确切的页面大小在dwPageSize中返回，但最重要的是，来自pAddress 的跨越0x10000字节(在大多数情况下为64K )的整个内存块将无法用于任何进一步的分配。因此，在某种意义上，通过分配8字节，你也可以要求65536字节。

因此，这里的故事的寓意不是用VirtualAlloc代替应用程序中的通用内存分配。它必须用于非常特殊的情况，就像下面的堆一样。(通常用于保留/分配大的内存块。)

错误地使用VirtualAlloc可能会导致严重的内存碎片。

HeapCreate / HeapAlloc / HeapFree / HeapDestroy

简而言之，堆函数基本上是VirtualAlloc函数的包装器。这里的其他答案提供了一个很好的概念。我会补充说，在一个非常简单的视图中，堆的工作方式是这样的：

• HeapCreate通过在内部调用VirtualAlloc (具体地说是ZwAllocateVirtualMemory )保留了一大块虚拟内存。它还设置了一个内部数据结构，可以跟踪保留的虚拟内存块中的更小大小的分配。
• 对HeapAlloc和HeapFree的任何调用实际上并不分配/释放任何新的内存(当然，除非请求超过了HeapCreate中已经保留的内存)，而是通过将其分解成更小的内存块，将其计量(或commit)，用户a反过来调用VirtualFree来实际释放虚拟内存。

因此，所有这些都使得堆函数成为应用程序中通用内存分配的理想候选者。它非常适合任意大小的内存分配。但是，为方便使用堆函数而付出的一个小代价是，在保留较大的内存块时，堆函数会引入比VirtualAlloc略高的开销。

堆的另一个好处是你并不真正需要创建它。它通常是在进程启动时为您创建的。所以我们可以通过调用GetProcessHeap函数来访问它。

malloc /免费

是堆函数的特定于语言的包装器。与HeapAlloc、HeapFree等不同的是，这些函数不仅适用于Windows，而且适用于其他操作系统(如Linux等)。

如果您用C语言编程，这是一种分配/释放内存的推荐方法(除非您正在编写特定的内核模式设备驱动程序)。

new / delete

作为一个高级的(好吧，对于C++)内存管理操作员。它们是特定于C++语言的，就像C的malloc一样，它们也是heap函数的包装器。他们也有一大堆自己的代码来处理构造函数的C++-specific初始化，解构函数中的释放，引发异常等。

如果您在C++中编程，建议使用这些函数来分配/释放内存和对象。

最后，我想对其他关于使用VirtualAlloc在进程之间共享内存的回复中所说的内容做一个评论。VirtualAlloc本身不允许与其他进程共享其保留/分配的内存。为此，需要使用应用程序接口来创建可与其他进程共享的命名虚拟内存块。它还可以将磁盘上的文件映射到虚拟内存中进行读/写访问。但这是另一个话题。

Answer 3

在大纲中：

• VirtualAlloc、HeapAlloc等都是直接从操作系统分配各种类型内存的Windows。VirtualAlloc管理Windows虚拟内存系统中的页面，而HeapAlloc从特定的操作系统堆中分配页面。
• malloc是一个标准的C(和C++)库函数，它为你的进程分配内存。
• 的实现通常会在应用程序启动时使用其中一个操作系统C++来创建一个内存池，然后在您发出malloc请求时从该内存池中进行分配。
• new是一个标准的API操作符，它分配内存，然后在该内存上适当地调用构造函数。它可以通过malloc或OS API来实现，在这种情况下，它通常也会在应用程序启动时创建内存池。